Exposcience 2004 . Les robots du lycée louis Payen de la Réunion

EXPOSCIENCE 2004 DU LYCEE LOUIS PAYEN
St Paul île de La Réunion
Halle des manifestations du Port

Du 1er au 4 juillet 2004, le Lycée Louis Payen (St Paul) va présenter plusieurs robots réalisés par les élèves de 1ère et terminale de la section SSI (Sciences de l'ingénieur).
Les projets sont les suivants :
1 Robot autonome avec capteurs infra rouge et type contact (moustaches) (fonctionnel réalisé en 2002-2003 en TPE)
1 Robot piloté via le réseau local ou internet (par adressage IP) (Déjà fonctionnel, réalisé en 2002-2003 en TPE)
1 Robot "Golgoth2004" qui n'est pour l'instant (octobre 2003) pas encore bien défini. Il devrait avoir les caractéristiques suivantes :
- 2 roues motrices centrales + 2 roues folles
- 1 caméra HF montée sur une tourelle avec 2 degrés de liberté ( piloté par 2 servo moteurs )
- Klaxons et bruitages divers pour l'ambiance :-)
- 2 étages (partie commande et partie puissance)
- Robot piloté à distance par ordinateur via une liaison HF 41Mhz

La partie la plus critique sera probablement la liaison HF. On va tenter de mettre au point un système plus fiable et "portable" que les 2 années précédentes.
L'idée est la suivante :

L'ordinateur va générer un code sur 4 bits ( soit 16 ordres possibles) qui sera envoyé à notre carte controlboy F1 via le port // du PC. L'ordre sera ensuite traduit en un signal série codé et envoyé sur la prise écolage de l'émetteur HF.
En réception, le controlboy F1 (du robot) devra lire les signaux reçu sur les 4 voies et reconstituer la commande de l'ordinateur. Ces signaux sont reçus décalés sur 4 voies.

Si on arrive à mettre au point ce système (c'est pas gagné, les neurones des élèves de terminales SI qui bossent sur ce projet vont chauffer ...), on disposera d'une commande HF très pratique car on pourra commander autant de robots qu'on veut (suffit juste d'avoir plusieurs émetteurs avec des fréquences différentes, ce qui ne pose aucun problème car ce sont des émetteurs de modélisme classiques).

30/10/03
Etude et montage du premier étage du robot . Erreur de centrage des roues folles à corriger.
Montage du bloc caméra+servos : recherche des solutions techniques pour la fixation.
Dégrossissage des algorithmes de traitement des signaux pour la commande HF. PC --> CboyF1 --> RadioHF et Récepteur HF--> CboyF1

04/11/03
Réalisation du programme de génération des signaux pour la prise écolage : mesures et calibrage sur oscilloscope. La liaison PC port//-->Cboy est testée dans la foulée.
La question de monter non pas 1 mais 2 controlboys sur le robot se pose : 1 pour le décodage des signaux de commande et le deuxième pour gérer toutes les autres fonctions. L'avantage serait de bien séparer le boulot des équipes et simplifierait (à priori) le travail.
L'inconvénient, c'est la consommation, la place occupée ...
Par ailleurs, il faut trouver des solutions pour l'alimentation du robot et optimiser au mieux les batteries.
- Commutation de puissance par relais (avantage : rendement maximum)
- Alim 6V environ pour les moteurs.
- 4,8 à 6V max pour les servo-moteurs
- 8 à 12V pour les cartes cboy3
- 8 à 9V pour la caméra.
- 5V pour l'émetteur VHF de la caméra.
- 4,8 à 6V pour le récepteur radiocommande HF 41Mhz
- 5 à 6V pour la "carte" son

Il faut aussi des batteries séparées pour moteur et carte 68HC11, c'est vital.
Les batteries devront pouvoir se changer ou/et se recharger facilement.
Des témoins de niveau des batteries serait appréciable (mais aura t-on le temps ?)

06/11/03

Quelques photos du début du montage du robot

Réalisation du programme de décodage des données récepteur HF sur le cboyF1 par le groupe TPE en terminale. Les tests sont concluants : on reçois bien les 16 codes émis :-) par le PC. Il ne reste plus qu'à envoyer ce code vers le 68HC11E1 (cboy 3) , ce qui ne posera à priori aucun problème.
Les tests batteries sont aussi concluants
Le montage du robot est bien avancé (actuellement ce sont les capteurs contact (moustache) et ultra-son qui sont en cours de montage/câblage)
Le capteur ultra-son est un model pro qui est piloté par le controlboy 3 (il faudra d'ailleurs récupérer une sortie sur l'afficheur 7 segments ) .
IL faudra modifier la carte relais au niveau du contact du relais puissance on/off (y a une inversion, on puissance on lorsqu'on alimente pas ... et off en alimentant )


Test de transmission de codes via la radiocommande HF dont l'antenne est baissée (pour limiter la puissance d'émission). Les programmes ont fonctionné presque du premier coup (juste une petite erreur de loop while au lieu de loop until ...). (Hénaff ivan vérifie la réception pendant que Bourse Cédric active l'émission)		Le 68HC11 récupère les données du récepteur 4 voies et procède au décodage.

Voici l'idée que nous avons eu (et développé ) pour réaliser
la transmission de données par liaison HF 41Mhz :

On programme le PC pour qu'il génère sur son port parallèle un code binaire qui est lu par le microcontrôleur 68HC11.
Ce dernier génère un signal série codé comme suit :
le "1" correspond à un créneau de 1,6ms et le 0 à un créneau de 1ms.
La période du signal est d'environ 20ms
Le signal est injecté dans la prise écolage de la radiocommande qui va le moduler en fréquence.
A la réception, le récepteur HF démodule le signal et le démultiplexe sur 4 voies (V1 à V4) .
Ces 4 voies sont reliées à un deuxième microcontrôleur 68HC11F1.Un programme (fait maison bien sûr) réalise alors le décodage pour récupérer l'information binaire (1010 ici) généré par le PC.

Le câblage est terminé. Réalisation des premiers tests de programmation (avancer , et génération des signaux servo moteur).
(On a eu quelques faux contacts et un paramétrage logiciel des E/S du port A (A3 et A7) à faire (oubli)) . Mais les tests sont concluants.
Condensateur 12nf rajouté aux bornes des moteurs pour limiter le parasitage. On n'a pas constaté de plantage du 68HC11 par la suite, ce qui est bon signe.
La carte son fonctionne mais la commande via le portb présente un problème assez bizarre.
Si on éteint la carte puis rallume, la sortie du portb n'est plus fonctionnelle (ce n'est pas un problème de drivers uln) . En gros, Il faut recharger le programme pour relancer . Cela ressemble à un problème de l'eeprom X68C75 (trop vieille peut-être (5 ou 6 ans) ?)
Par contre, tant que la carte est alimenté, tout est ok. Il faudra des tests complémentaires pour comprendre !
Autre problème rencontré : patinage des roues motrices, dû au fait que les deux roues folles étaient trop surélevées (le véhicule reposaient davantage sur les roues folles que les roues motrices ) . Il aura suffit de changer une roue folle arrière par une plus petite pour régler le problème.
Le buzzer fonctionne.
Premiers tests des servomoteurs (caméra) ok.
Les batteries tiennent le choc (2 heures de tests, et pour l'instant, pas de signe de fatigue, ce qui est très bon signe !)

13-02-04

Le problème du portb a été résolu , c'était dû en fait à une config au début oubliée (Xconf) et à placer au tout début du programme.
Le programme du robot gère maintenant les capteurs antennes et le temps de réponse est excellent ! (un choc sur la droite fait reculer le robot et tourner à gauche)
Il ne reste plus qu'à mettre en oeuvre le capteur à ultra-son et le mode autonome sera terminé (restera à faire le mode pilotage à distance, sachant que le plus dur est , à priori, derrière nous, vu les tests concluant en HF déjà réalisés)

20-02-04

Changement de la batterie alimentation du cboy3 car problème de contact.
Tests caméra : problème mauvaise soudure du 5V . Fonctionnement ok.
Test ultra-son : Problème de la commande avec le port C , à résoudre (probablement encore une config à faire)

27-02-04

La mise en oeuvre du capteur ultra son est maintenant ok. Le robot fonctionne correctement en autonome. Il faut maintenant attendre le passage épreuve TPE terminale pour terminer la commande HF. Tout devrait être bouclé après les petites vacances (d'ici fin mars / début avril)

02-04-04

Test de la commande HF : On a juste eu le temps de tester avancer/reculer avant de devoir recharger les batteries. Les tests sont concluants pour l'instant.

Réalisation d'un programme en Qbasic pour l'émission des codes en fonction des touches appuyées.
Photo de droite, Claire maintient le bouton "esclave" de la radiocommande pour prise en compte des données de la prise écolage. Les routines tourner à gauche, tourner à droite fonctionnent bien, ainsi que les routines d'activation des sons de la carte musicale.
Prochaine étape : commande des servos de la caméra et test sur une plus grande distance (sans obstacle)
Les essais sont toujours très concluants, Murphy est en vacances ? touchons du bois !

16-04-04
Réalisation des routines pour gérer les rotations de la tourelle caméra.
Fonctionnement ok.
Les premières images du golgoth modélisé sous solidworks:

La caméra possède deux degrés de liberté. La carte son et le buzzer sont à l'arrière.
A l'avant, des capteurs ultra-son et de contact permettent un fonctionnement en mode autonome.

Les premiers sources des programmes :
Programme Qbasic de commande (sur PC) : Golgoth1
Programme basic11 du codage l'émetteur sur le 68HC11F1 4Mhz (robotF1) : Emetteur
Programme basic11 du décodage en réception sur le deuxième 68HC11F1 4Mz (robotF1) : Recepteur
Programme basic11 de gestion des E/S du robot sur le 68HC11E1 (Cboy3) : Golgot10


Beaucoup de monde !	Le robot roule dès les premiers essais et renvoie l'image dans la télévision . La caméra se dirige horizontalement et verticalement avec les touches du clavier de l'ordinateur .	Il faut expliquer au public le principe de fonctionnement ... pas facile !	Julie vérifie les connections ...

Un jeune japonnais intrigué par notre golgoth	Ah-Kow (à droite) explique en anglais comment l'équipe a réalisé le golgoth.	Gilles programme une ultime version d'Avrel, son robot autonome infra-rouge	Pause déjeuner pour l'équipe !

Cédric Bourse teste pour la première fois son robot via le réseau internet : Ca Marche ! (on a pu avoir deux lignes téléphonique et deux connections internet, merci à l'organisation !)	On présente aussi un 4ème robot : l'hexapod II , avec 6 pattes et 12 servomoteurs. Mais la mécanique est un peu défaillante.	Claire donne un cours de robotique aux très jeunes enfants particulièrement intéressés !	Le Golgoth fait le tour des stands. Il aura fonctionné pendant 4 jours sans grosse panne ! (Murphy n'est pas invité cette année !)

Marylène termine la conception 3D de la carte controlboy3. Au fond, Claire discute avec 2 autres exposants particulièrement intéressés ... par la robotique bien sûr !	Stand fusée très sympa	Préparation au décollage fusée à eau (conception de notre ami japonnais)	Coucou le stand du lycée Roland Garros au Tampon !

A gauche la force Tranquille, à droite la force Zen	Bip Bip !


Test des accumulateurs 1700mAh . Consommation moteur à vide : 130mA sous 7,5V environ. (3h de tests)	Perçage de la carte alimentation	Réalisation nappe de connexion pour la carte son.	Le groupe Golgoth2004


Câblage du Golgoth	Soudage fils alim caméra	Soudage fils carte son	Soudage moteur


Montage bloc caméra et embase		Récupération de la puce musicale d'un jouet et analyse des branchements pour adaptation sur le robot.


Vue générale	Programmation qbasic	La partie émetteur